带帽控沉疏桩在加筋褥垫层复合地基加固工程中的作用研究

王瑜　张志敏

摘 要：根据软土地基加固控制差异沉降变形理论，在道路软土路基加固工程中，采用疏化布桩的方法加固软土路基，通过现场试验，进一步验证了带帽控沉疏桩在加筋褥垫层加固路基中的作用，得到了试验数据和一系列有益的结论。

关键词：带帽控沉疏桩；加筋褥垫层；地基加固；软土路基

中图分类号：TU473 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.075

1 工程实例

1.1 工程概况

珠三角某市新区基础设施市政道路软土地基加固，工程采用带帽控沉疏桩辅以加筋褥垫层复合地基的方式加固路基。疏桩采用Φ500，24 m和27 m长AB型PHC管桩按正方形间隔布置，间距4 m，桩顶设2.0 m×2.0 m×0.2 mC30钢筋混凝土桩帽，桩帽以上设0.6 m厚双层双向加筋（土工格栅）碎石褥垫层。道路通车至今，使用情况良好。

1.2 工程地质条件

工程地处珠江三角洲海相淤积区域，建设前大部分区域为水产养殖区。采用控沉疏桩和加筋褥垫层加固的路基，由于前期已进行过简单的加固处理，地表以下已形成厚度为4～6 m的硬壳层，其下为20～30 m的淤泥层，并且含水量高，孔隙比大，承载力低，变形大，属高压缩性土。

2 作用机理

控沉疏桩一般是指在承台或结构层下以疏散法布置的桩。本文是指相对于现行规范规定的一般布桩而言，桩中心间距≥6d。

当桩布设完成及上部结构层施工完毕后，从结构层上出现荷载算起，由于应力有先向刚度较大的地方转移的趋势，荷载首先由桩承担，此时，桩周的地基土也随之发挥承载作用，共同承担上部荷载，并且桩及周围地基土的变形量不断随荷载的增加而增大。通常情况下，桩侧摩阻力的极值出现在桩土相对位移为10～15 mm时，因此，一般认为，在荷载作用下，桩将比土先进入极限状态，此时，荷载再增加时，桩的沉降也随之增大，但桩的承载能力不再增大，新增荷载将全部由地基土承担。如果荷载再继续增加，地基土承载也进入极限状态，直至出现剪切破坏。

在工程应用中，基于提高准黏聚力，增强摩擦的原理，在桩帽以上设置加筋褥垫层，不仅有利于调整路基的不均匀沉降，增强路基的整体性和刚度，同时，还扩大了荷载的扩散范围，应力分布更加均匀，使软弱下卧层地基的侧向变形受到约束。

带帽控沉疏桩加筋褥垫层以复合方式加固路基的承载能力，主要包括单桩极限承载能力和加筋褥垫层复合路基承载能力两部分。

2.1 单桩垂直极限承载力

3 现场试验方案

为了能提前验证带帽控沉疏桩在加筋褥垫层复合路基中的作用，现场分别进行有、无桩帽控沉疏桩加筋褥垫层静载试验，通过测得的沉降数据来进一步说明、分析其作用。

3.1 试验方案

由于工程设计采用24 m与27 m两种桩长，现场试验按有、无桩帽，分两组进行，同时进行一组天然地基静载试验，其结果用于与复合路基静载试验对比。桩位平面布置如图1所示。桩型采用PHC-AB100，采用2.0 m×2.0 m×0.2 mC30钢筋混凝土桩帽，加筋褥垫层采用600 mm厚、粒径为5～40 mm的碎石铺垫，内设双层双向土工格栅。试验选用4.0 m×4.0 m×0.5 m钢压板进行。

3.2 试验结果及分析

本文主要根据通过试验测得的数据来分析、比较有无桩帽控沉疏桩在加筋褥垫层复合地基中的沉降，以此来说明其作用。各组试验沉降曲线如图2所示。

从图中可明显看出，四组试验沉降曲线均较为平滑，无帽桩体沉降曲线虽然各出现了两处不明显的拐点，但从沉降趋势来看，桩体与桩土之间的沉降、压缩基本协调一致；无论控沉疏桩有无桩帽，其复合地基承载能力与天然地基相比，均有明显提高，有效地减少了沉降；在相同荷载作用的情况下，有帽控沉疏桩复合地基沉降变形要小于无帽控沉疏桩复合地基沉降变形；与无帽控沉疏桩复合地基相比，有帽控沉疏桩复合地基承载能力约是无帽控沉疏桩复合地基承载能力的1.5倍，说明在复合地基中，桩帽所起作用较大；在两组无帽控沉疏桩复合地基沉降曲线中，无论是承载能力，还是沉降值，均比较接近，说明在桩长相差不大的情况下，对其承载能力和沉降值影响不大。

试验结束后，为便于较直观地查验桩（桩帽）顶与桩周土体沉降差异情况，清除褥垫层后，两组有帽单桩桩帽顶部与桩周土体沉降差异分别为2 cm和3.5 cm。另外，两组无帽单桩顶部与桩周土体沉降差异分别为14 cm和18 cm。对于有帽单桩来讲，由于桩帽与褥垫层接触面积较大，可有效减少单桩对褥垫层向上刺入量，对碎石褥垫层不但起到了很好的保护作用，同时对调整路基的不均匀沉降、增强路基的整体性和刚度发挥了重要作用。

4 结束语

采用带帽控沉疏桩加筋褥垫层加固软土路基是一种较为有效的方法，由于在单桩桩顶设置了桩帽，一方面可以提高复合地基的承载能力，另一方面还可调整路基的不均匀沉降，增强路基的整体性和刚度的作用。此方法的应用，应以控制加固路基的不均匀沉降变形为主，但在桩长、桩中心间距、桩帽大小、褥垫层厚度等方面的参数选择尚需进一步探讨，即如何优化设计才能充分发挥桩间土的作用。因此，应加强对带帽控沉疏桩加固地基作用机理的研究以及应用技术成果的转化，相信随着该项技术的不断完善，必将在公路建设中得到不断的推广和应用。

参考文献

[1]龚晓南.地基处理手册[M].第三版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京：中国电力出版社，2006.

〔编辑：王霞〕

Abstract： Strengthening control differential settlement based on soft ground deformation theory， the road soft roadbed reinforcement project， the use of sparse pile of cloth soft subgrade reinforcement approach， through field trials， further validated in controlled caped piles reinforced cushion subgrade strengthening the role of test data and have been a series of useful conclusions.

Key words： controlled caped piles； reinforced cushion； foundation reinforcement； soft subgrade